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Relativistische Kontraktion des elektrischen Feldes

02.12.2022

Wissenschaftler des Instituts für Lasertechnik der Universität Osaka haben zum ersten Mal ultraschnelle elektrooptische Messungen verwendet, um die Kontraktion des elektrischen Felds zu visualisieren, das einen Elektronenstrahl umgibt, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, und den Erzeugungsprozess demonstriert.

Um die Bewegung von Objekten, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit am Beobachter vorbeifliegen, genau zu beschreiben, ist laut Relativitätstheorie die „Lorentz-Transformation“ erforderlich, die räumliche und zeitliche Koordinaten kombiniert. Der niederländische Physiker konnte erklären, wie diese Transformationen zu in sich widerspruchsfreien Gleichungen für elektrische und magnetische Felder führen.

Obwohl die verschiedenen Effekte der Relativitätstheorie viele Male mit sehr hoher experimenteller Genauigkeit nachgewiesen wurden, gibt es immer noch Teile der allgemeinen Relativitätstheorie (einschließlich der speziellen Relativitätstheorie), die noch experimentell aufgedeckt werden müssen. Seltsamerweise ist die elektrische Feldkompression eine davon: Das moderne Verständnis des Elektromagnetismus basiert auf den Prinzipien der Einsteinschen Physik.

Nun hat ein Forscherteam der Universität Osaka diesen Effekt erstmals experimentell nachgewiesen. Sie maßen das räumliche und zeitliche Profil des Coulomb-Feldes um einen hochenergetischen Elektronenstrahl herum, der von einem linearen Teilchenbeschleuniger erzeugt wird. Mittels ultraschneller elektrooptischer Abtastung konnten sie das elektrische Feld mit extrem hoher zeitlicher Auflösung registrieren.

Zuvor wurden die Lorentz-Transformationen von Zeit und Raum sowie Energie und Impuls in Experimenten zur Zeitdilatation bzw. Ruhemassenenergie demonstriert. Dann betrachteten Physiker einen ähnlichen relativistischen Effekt, der der Lorentz-Transformation elektromagnetischer Potentiale entspricht.

Darüber hinaus beobachtete das Team den Prozess der elektrischen Feldkompression unmittelbar nachdem der Elektronenstrahl die Metallplatte passiert hatte.

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Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

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Blitzvorhersage 29.06.2019

Wissenschaftler der Universität Tokio haben einen Zusammenhang zwischen Blitzeinschlägen und zwei Arten von Gammastrahlung in Gewitterwolken entdeckt.

Eine neue Studie zeigt, dass unter bestimmten Bedingungen schwache Gammastrahlen von Gewitterwolken Blitzeinschlägen und den damit einhergehenden Gammastrahlenausbrüchen vorausgehen können. Es gibt zwei bekannte Arten von Gammastrahlenphänomenen, die mit Gewitterwolken in Verbindung gebracht werden: Gammastrahlen (schwache Strahlung, die etwa eine Minute dauert) und kurzfristige terrestrische Gammastrahlenblitze, die wir in Form von Blitzeinschlägen beobachten.

Beide Arten finden in Gewitterwolken statt, die zwischen Schichten variabler Ladung eingeschlossen sind. Die geladenen Bereiche beschleunigen die Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit, danach werden die Elektronen etwas langsamer und senden einen Gammastrahl aus. Dies wird als Bremsstrahlung bezeichnet.

Das Überwachungssystem ermöglichte es japanischen Experten, gleichzeitige terrestrische Gammablitze und Blitzeinschläge zu erkennen. Dies ist ein ziemlich häufiges Phänomen, aber Beobachtungen haben es auch ermöglicht, Gammastrahlen im selben Bereich und zur gleichen Zeit zu entdecken. Wissenschaftler bemerkten auch, dass das Leuchten nach einem Blitzeinschlag plötzlich verschwand. Dies erlaubt uns, den endgültigen Schluss zu ziehen, dass diese Ereignisse eng miteinander verbunden sind, und Beweise dafür wurden zum ersten Mal beobachtet.

Die Forschung könnte der Schlüssel zur Entwicklung bisher unbekannter Wege zur Vorhersage von Blitzen sein. Das Expertenteam beabsichtigt, die Möglichkeit zu untersuchen, dass das Leuchten von Gammastrahlen Blitzeinschlägen nicht nur vorausgeht, sondern sie tatsächlich verursachen kann.

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